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JP2629435B2 - アレイ状光素子用サブ基板の作製方法 - Google Patents

アレイ状光素子用サブ基板の作製方法

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JP2629435B2
JP2629435B2 JP2278088A JP27808890A JP2629435B2 JP 2629435 B2 JP2629435 B2 JP 2629435B2 JP 2278088 A JP2278088 A JP 2278088A JP 27808890 A JP27808890 A JP 27808890A JP 2629435 B2 JP2629435 B2 JP 2629435B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信用並列伝送光モジュール等に用いら
れるアレイ状光素子を固定するサブ基板の作製方法に関
する。
〔従来の技術〕
光通信は光ファイバ，半導体レーザ（LD），発光ダイ
オード（LED），フォトダイオード（PD）を始めとし
て、光スイッチ，光変調器，アイソレータ，光導波路等
の変動，能動素子の高性能，高機能化により応用範囲が
拡大されつつある。近年、より多くの情報を伝達する要
求が高まる中で、コンピュータ端末間，交換器や大型コ
ンピュータ間のデータ伝送を実時間で並列に行う並列伝
送が注目されつつある。この機能を満足するものとし
て、複数の発光あるいは受光素子と複数の光ファイバと
を一体化した並列伝送モジュールがある。通常、発光
（受光）素子は同一半導体基板上にモノリシックに複数
個配列したLEDあるいはLD,PDアレイが用いられている
（以下、発受光素子はLEDアレイに代表させる）。通
常、LEDアレイの裏面には、電気コンタクト、あるいは
位置決めのために分離された電極が設けられている。ま
た、LEDアレイは、電極のパターンが形成され、外部の
電気回路とのインターフェイスとなるサブ基板に実装さ
れる。第２図（ａ）は、一般的なLEDアレイのサブ基板
であり、第２図（ｂ）はその断面図である。図におい
て、アルミナ（Al2O3）やALN等のベース（サブ基板）21
上に薄膜プロセスによりCr/NiやCr/Auの電気配線パター
ン22が設けられ、その先端部がLEDアレイとの接続部で
ある。第２図（ｃ）は、LEDアレイ25の裏面であり、分
割されたAu電極26が設けられている。LEDアレイ25はア
レイ方向に細長いバー状態であり、表面と裏面との膜構
成の差異により反りが生じる。従い、単体の素子のよう
な２〜３μｍ厚み素子側のAu電極と、２〜３μｍ厚みの
サブ基板側AuSn電極とのコンタクトを完全にするには、
接合時に上から加圧する方法がある。しかし、LEDアレ
イはGaAsやInP等の脆い基板からできているので、これ
が損傷する危険がある。そこで、サブ基板、あるいは素
子に20〜30μｍの高さのバンプ状の接合金属23（例えば
PbSnやAuSn）を設けて反りを吸収している。また、この
接合金属23は、表面張力によるセルフアライン効果もあ
り、高精度の位置あわせの機能をも果たしている。接合
金属23の周囲は接合金属が電極全体に広がらないよう
に、ポリイミド等のダム24が設けられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のごとく、サブ基板21上へのアレイ状光素子との
接合にはPbSnやAuSn等のバンプ23′を介して行われる。
PbSnバンプは、メッキプロセスにより容易に形成できる
が、LED側のAu電極との接合部が僅かに経時変化（〜１
μｍ）を生じ、高精度な位置合わせを長期的に必要とす
る高信頼の光デバイスの接合には、不都合とされてい
る。そこで、接合金属として通常AuSnが用いられるが、
AuとSnとの混合比を正確に管理する必要があるため、メ
ッキプロセスは使用が困難であり、蒸着で成膜が行われ
る。しかし、蒸着で数10μｍの厚みを設けることは、多
大な工数を必要とし、生産性が悪い。また、ボール状の
AuSnをサブ基板のバンプの形成位置に配置する方法もあ
るが、約100μｍφの小さいものであり１個ずつ載せる
のは実用的ではない。サブ基板全体に微小なAuSnボール
をばらまいておき、不必要なAuSnボールをふるいにかけ
ることも考えられるが、取り残しによるパターン不良の
発生の危険性がある。
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、容易なバン
プ形成が可能で生産性が高く、低コストのアレイ状光素
子用サブ基板の作製方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明に係るアレイ状光素
子用サブ基板の作製方法は、同一半導体基板上にアレイ
状に形成された素子をサブ基板に接合するバンプを成形
するアレイ状光素子用サブ基板の作製方法であって、 バンプの素材は、リボン状をなすものであり、 リボン状の素材からバンプ状の接合金属を微小ポンプ
とダイスを用いて個々に打ち抜き、 打ち抜かれたバンプ状の接合金属をサブ基板に微小ポ
ンプにより直接圧下し、 その後、サブ基板に圧下されたバンプ状の接合金属を
溶融してバンプを形成する。
〔作用〕
本発明のアレイ状光素子用サブ基板の作製方法によれ
ば、接合金属のバンプは、最初、同一のアレイピッチで
表面に型を設けた他の基板（転写基板）に仮に配列さ
れ、その後サブ基板に転写される。従って、メッキや蒸
着が難しい接合金属，基板を使用する場合にも容易にバ
ンプが形成できる。他の基板への接合金属の仮固定は、
通常ボール状の金属をピンセット等でハンドリングして
凹部に埋め込んだり、多量の金属ボールを凹部にふりか
けた後で基板を微小に振動させ、凹部以外の金属ボール
をふるい落す方法で行われる。
この際、リボン状の薄い微小なポンチとダイスで打ち
抜き、その余力で打ち抜いた金属部材を凹部に押圧して
仮固定することにより生産性を著しく向上できる。
また、上述の打ち抜き加工においてポンチあるいは基
板を予備加熱すれば、熱圧着の形態で基板に金属を仮固
定でる。従って、転写基板を使用せずにサブ基板に直接
接合バンプを転写することができ、製作工数の低減がで
きる。
〔実施例〕
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明す
る。第１図は、本発明のサブ基板の作製方法の一例であ
る。（ａ），（ｄ）は、転写基板へのバンプの仮固定、
（ｂ）は、転写、（ｃ）は、転写工程でバンプが形成さ
れたサブ基板、（ｅ）は、サブ基板へ直接バンプを形成
する要領を示している。
図において、転写基板11にはAuSnやPbSnの軟ろう材が
付着しない金属、例えばAlが用いられ、転写基板11の表
面には、バンプ受けの100μｍφで、深さ100μｍの凹部
12が設けられている。この凹部12には、ボール状接合金
属23、例えば約100μｍφのAuSnがピンセット等によっ
て設置される。接合金属23が配置されたら、第１図
（ｂ）のように接合金属23の上に電極パッド22が位置す
るようにサブ基板21を転写基板11に重ね合わせる。電極
パッド22は、縦横約200μｍで表面がAu薄膜で構成さ
れ、バンプの流れ防止のために周囲にポリイミド製のダ
ム24が形成されている。続いてサブ基板21又は転写基板
11、あるいは全体の雰囲気を融点の280℃付近まで加熱
して接合金属23を溶融させる。接合金属23は、溶融を始
めるとサブ基板のAu電極と合金を形成するのでサブ基板
21側に付着する。Al製の転写基板11はAuSnとはなじまな
いので、冷却すると接合金属23は、サブ基板21に固着し
て転写が完了する。最後に溶融温度の280℃以上に加熱
して完全に溶融し、第１図（ｃ）のように高さが20〜30
μｍのバンプ23′の形状に成形する。このように、メッ
キや蒸着が困難な金属においても容易に接合バンプを形
成することができる。
第１図（ｄ）は、転写基板11への接合金属23の仮固定
の簡易な方法を示した図である。直径が約120μｍの微
小ポンチ13と直径140μｍの微小ダイス14によって厚さ
約50μｍのリボン状のAuSn15を打ち抜いて接合金属23を
形成する。続いて、打ち抜きの余力で接合金属23を転写
基板11上に設けられた凹部12に押しつける。このとき、
接合金属23は直径が凹部12の径より大きいので一部が上
面にはみ出して凹部12に固定される。従って、簡易な打
ち抜き加工によって転写基板11に接合基板を仮固定する
ことができる。ピンセット等によって微小バンプを一つ
一つハンドリングする通常の方法に対して、生産性を大
幅に改善できる。
第１図（ｅ）は、直接サブ基板21にバンプを転写形成
する方法を示す図である。サブ基板21上には、第１図
（ｃ）と同様に表面がAuの電極パッド22、バンプの流れ
防止のダム24が形成されている。第１図（ｄ）と同一の
要領で、ポンチ13とダイス14を用いてリボン上のAuSn15
を打ち抜いて接合金属23を形成する。続いて、ポンチ13
を打ち抜いた余力でサブ基板21に接合金属23を押し付け
る。ここで、サブ基板21あるいはポンチ13を200℃程度
に加熱すれば熱圧着によりサブ基板21のAuパッドと接合
金属23のAuSn15が反応して合金層を形成し、接合金属23
をサブ基板21のAuパッドへ仮の固定が可能となる。最後
に接合金属23を溶融温度280℃まで上昇させて第１図
（ｃ）のようなバンプ23を形成する。従って、容易にサ
ブ基板21上への接合バンプの形成ができ、製作工数を著
しく低減できる。本実施例では接合金属としてAuSnを示
したが他の金属でもかまわない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、生産性が良く低
コストなアレイ状光素子用サブ基板の作製方法を実現で
きる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す構成図であり、（ａ）
は、転写基板の構成図、（ｂ）は、バンプの転写要領を
示す図、（ｃ）は、バンプが形成された最終的サブ基板
を示す図、（ｄ）は、微小ポンチとダイスを用いた転写
基板へのバンプの仮固定要領を示す図、（ｅ）は、サブ
基板へ直接バンプを形成する要領を示す図、第２図
（ａ）は、従来のアレイ状光素子用サブ基板の構成図、
（ｂ）は、同断面図、（ｃ）は、LEDアレイを示す図で
ある。 11……転写基板、12……バンプ受け 13……ポンチ、14……ダイス 15……リボン状金属、21……サブ基板 22……電極、23……接合金属 23′……バンプ、24……ダム 25……LEDアレイ、26……分割電極

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】同一半導体基板上にアレイ状に形成された
    素子をサブ基板に接合するバンプを成形するアレイ状光
    素子用サブ基板の作製方法であって、 バンプの素材は、リボン状をなすものであり、 リボン状の素材からバンプ状の接合金属を微小ポンチと
    ダイスを用いて個々に打ち抜き、 打ち抜かれたバンプ状の接合金属をサブ基板に微小ポン
    チにより直接圧下し、 その後、サブ基板に圧下されたバンプ状の接合金属を溶
    融してバンプを形成することを特徴とするアレイ状光素
    子用サブ基板の作製方法。
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